對橋梁耐久性問題的幾點(diǎn)思考
邵容光 賴國麟
【東南大學(xué)TRANBBS交通學(xué)院 南京 210018】
摘 要：隨著我國公路橋梁建設(shè)的蓬勃開展，橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性等問題應(yīng)予以研究和解決。本文從橋梁的耐久性TRANBBS設(shè)計(jì)、保護(hù)層厚度、扁波紋管的灌漿問題、現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁的負(fù)彎矩鋼筋問題、橋面防水材料、錨頭封堵和孔道灌漿、橋梁養(yǎng)護(hù)等方面闡述了自己的觀點(diǎn)，應(yīng)引起公路橋梁設(shè)計(jì)、TRANBBS施工、維護(hù)等方面的重視。?
關(guān)鍵詞：橋梁 耐久性 思考
隨著我國交通建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展，對于橋梁耐久性問題應(yīng)有未雨綢繆的思考，因而對其進(jìn)行研究和采取相應(yīng)的措施就應(yīng)格外予以重視。其本質(zhì)是在注意到“量”的同時(shí)，必須注意結(jié)構(gòu)物“質(zhì)”的飛躍和發(fā)展。如果在現(xiàn)在的大規(guī)模建設(shè)中，不認(rèn)真考慮結(jié)構(gòu)耐久性問題，勢必給將來帶來不良的苦果。現(xiàn)就近年來經(jīng)常接觸到的一些工程現(xiàn)象提出幾點(diǎn)看法，以供同仁們共同關(guān)注和探討。
1 耐久性設(shè)計(jì)
關(guān)于部頒“公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范”(JTJ021-85)第一章第一節(jié)第1.1.2條“……按照適用、經(jīng)濟(jì)、安全和美觀的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)……”。如從廣義而言，也可以認(rèn)為以上條文中已包含有“耐久性”的要求內(nèi)涵，但為了強(qiáng)調(diào)“耐久性”的重要性，故建議今后在修訂規(guī)范時(shí)，能將“耐久性”的內(nèi)容列入該條中。?
2 保護(hù)層厚度
關(guān)于《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ023-85(以下簡稱《公橋規(guī)》)中混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)層厚度規(guī)定為：
板：C≥1.5cm?
R.C.梁：C=3～5cm，C′≥2.5cm(側(cè)面)，C″≥1.5(箍筋或防裂筋)。
人所共知，混凝土保護(hù)層的主要作用是使梁內(nèi)鋼筋免遭誘蝕，尤其應(yīng)注意與周圍環(huán)境相聯(lián)系，與混凝土的操作工藝相聯(lián)系，以保證結(jié)構(gòu)在應(yīng)有的使用壽命期內(nèi)，其功能完好。?
1982年FIP實(shí)用設(shè)計(jì)建議規(guī)定的保護(hù)層基本值，輕度暴露時(shí)為1.5cm；正常暴露時(shí)為2.5cm，嚴(yán)重暴露時(shí)為3.5cm。
1977年美國ACI規(guī)定的最小保護(hù)層為：外露于土地或露天的混凝土，其主筋的保護(hù)層厚度為5.1cm，箍筋、系筋和螺旋筋的保護(hù)層厚度為3.8cm；在腐蝕性或海洋性環(huán)境中，或在其他嚴(yán)重的外露條件下，混凝土保護(hù)層的厚度應(yīng)適當(dāng)增加。?
單位：mm 表1
現(xiàn)澆混凝土 預(yù)制混凝土
地面以上
主筋
箍筋、系筋、螺旋筋
40
30
25
25
地面以下
主筋
箍筋、系筋、螺旋筋
50
40
35
25
橋面板
--頂面
--板底d①≤300
?d＞300 ?
50
30
40 ?
25
25
30
預(yù)制梁 / 25
防撞墻，胸墻 50 30
混凝土貼在土上時(shí) 75 /
注：①“d”為橋面板的厚度。
1982年我國《港口工程TRANBBS技術(shù)規(guī)范》(JTJ220-82)規(guī)定：水上、淡水區(qū)3.0cm，海水區(qū)5.0cm；水下、淡水區(qū)2.5cm，海水區(qū)3.0cm。
1983年“加拿大安大略省橋規(guī)”規(guī)定的最小保護(hù)層厚度以及美國和歐洲混凝土協(xié)會對混凝土橋梁耐久性的規(guī)定見表1～表2。
表2
規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)
項(xiàng)目
AASHTO(1977年)(美國各州公路與運(yùn)輸工作者協(xié)會) ACI343R(1997年)
(美國混凝土協(xié)會) CEB-FIPCODE(1978年)?(歐洲混凝土委員會與
國際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會)
拌和用水 不能使用含有氯離子濃度1000ppm以上的水作拌和水 拌和水要潔凈，不能使用含有一定數(shù)量以上有害雜質(zhì)的水作為拌和水 不能使用含有一定數(shù)量、能促使鋼筋銹蝕的有害雜質(zhì)的水作為拌和用水
外加劑 減水劑里不能含有CaCl2；不摻加氣劑時(shí)，用減水劑拌制的混凝土的含氣量控制在3%以下(橋面板除外) 橋面板不可用加氣劑，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件、橋面板、橋墩頂部等處不能摻用含有CaCl2的外加劑，即使采用，CaCl2量必須限制在水泥重量的1%以下 不能采用含有促使鋼筋銹蝕成分的外加劑(特別是氯化物)
最小單位水泥用量(kg/m3) 混凝土抗壓強(qiáng)度為28.0MPa時(shí)：363kg/m3?混凝土抗壓強(qiáng)度為31.5MPa時(shí)：393kg/m3 用于橋面板時(shí)：335kg/m3 普通混凝土構(gòu)件：240kg/m3以上；預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件：270kg/m3以上
保護(hù)層的最小厚度(mm) 預(yù)應(yīng)力鋼材同主筋：38；橋面板面層鋼筋：38；?橋面板下層鋼筋：25；
但在海水中或受海水影響的構(gòu)造物，其保護(hù)層應(yīng)加厚
主筋：51
箍筋：38
混凝土橋面板面層鋼筋：51混凝土橋面板下層鋼筋：25但在海水中或易受腐蝕的環(huán)境時(shí)，其保護(hù)層應(yīng)加厚，且要求混凝土要密實(shí)、不透水，并采取一定的防腐措施 對特別易受銹蝕的鋼材應(yīng)進(jìn)行熱處理；在處于有輕微銹蝕環(huán)境時(shí)：25；有中等程度銹蝕環(huán)境時(shí)：25～35；有嚴(yán)重程度銹蝕環(huán)境時(shí)：35～45；采用不容易引起銹蝕的鋼材時(shí)，其保護(hù)層厚度可根據(jù)上值減少10mm
值得注意的是，我國《公橋規(guī)》的取值普遍地較歐美規(guī)范值偏小，目前國際的總趨勢宜使保護(hù)層適當(dāng)加厚，以增加可碳化深度的數(shù)量，從而使結(jié)構(gòu)物的耐久性得到增加。?
目前我國在高速公路橋上大量采用的薄壁箱梁結(jié)構(gòu)，其側(cè)邊緣的凈保護(hù)層甚至只有1.5cm，導(dǎo)致了混凝土澆筑和振搗上的很大困難，其結(jié)構(gòu)耐久性究竟如何，尚有待時(shí)間的考驗(yàn)。尤其在毗鄰大海的局部區(qū)域內(nèi)，鹽霧的腐蝕性也是應(yīng)予重視的問題。
3 扁波紋管的灌漿問題
目前在高等級公路上廣泛采用先簡支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系，這無論對橋面平整度方面，或是對橋梁抗震性能方面都具有很多優(yōu)點(diǎn)。但作為后連續(xù)的主要力筋采用扁波紋管穿束張拉，對其灌漿后的耐久性方面卻令人憂慮。
在《公橋規(guī)》第6.2.26條中提出：“管道的內(nèi)徑應(yīng)比預(yù)應(yīng)力鋼筋的外徑至少大1cm”。但目前很多橋梁中所采用的扁波紋管的規(guī)格均不能滿足《公橋規(guī)》的這一要求，以M15-4為例，其相應(yīng)的扁波紋管內(nèi)徑為70×19mm，其高度為19mm，而預(yù)應(yīng)力鋼絞線的直徑為Φ15.24mm
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，也即意味著可灌漿的間隙為3.76mm《10.00mm；寬度方向：70-4×15.24=9.04mm＜10mm，其平均間隙為(70-4×15.24)/(4+1)=1.8mm就更小。因此，很難保證灌漿的飽滿度、握裹度，更難保證在施工過程中扁波紋管的可能壓扁變形。因而，這種處于橋面頂層的負(fù)彎矩束，能否確保其應(yīng)有的耐久性，是十分令人憂慮的一種構(gòu)造。
4 現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁的負(fù)彎矩鋼筋問題
目前我國大量地修建L=16～25m的多跨現(xiàn)澆連續(xù)R.C.箱梁結(jié)構(gòu)。由于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是一種必然地帶裂縫工作的結(jié)構(gòu)，因而在負(fù)彎矩區(qū)總會出現(xiàn)負(fù)彎矩裂縫，其配筋量設(shè)計(jì)常由大裂縫寬度的限值進(jìn)行控制，這顯然在結(jié)構(gòu)的合理性方面隱存有缺陷的。鑒于負(fù)彎矩裂縫是一種向上開口的“V”形裂縫，橋面水容易滲入，遭受長期浸蝕后，負(fù)彎矩鋼筋的銹蝕問題是應(yīng)予重視的問題。?
近年來，由國外引進(jìn)的環(huán)氧樹脂涂層鋼筋(FBECR)已在國內(nèi)生產(chǎn)。因而，建議在高等級公路橋中可先行試用，然后再推廣應(yīng)用于一般R.C.負(fù)彎矩區(qū)的主筋中，這對保證結(jié)構(gòu)的耐久性，無疑是可以得到相應(yīng)回報(bào)的事情。
5 橋面防水材料
50年代全盤學(xué)習(xí)蘇聯(lián)，采用三油二氈式防水構(gòu)造，60年代以后即全面取消了上述防水構(gòu)造，而改用防水混凝土構(gòu)造，但鑒于防水混凝土歸屬于剛性防水的范疇，故其實(shí)際防水效果如何，是令人擔(dān)憂的。近年來由于高速公路蓬勃興起，目前廣泛地采用FYT-Ⅰ型(屬柔性防水范疇)和M1500型(屬剛性防水范疇)防水構(gòu)造，但其實(shí)際效果如何，尚有待接受時(shí)間的考驗(yàn)。?
總之，橋面滲水的排除和防滲漏問題，都將涉及到橋梁耐久性的問題，應(yīng)引起格外重視。
6 錨頭封堵和孔道灌漿
英、美等國的調(diào)查均發(fā)現(xiàn)錨頭區(qū)有鋼絲銹蝕的問題，甚至發(fā)生過橋梁倒塌事故，因而建議張拉結(jié)束后應(yīng)立即用環(huán)氧砂漿封堵錨頭防銹。
孔道灌漿的不飽滿問題，1992年曾使英國運(yùn)輸部頒發(fā)了“后張法”禁用的通知(注：1996年又恢復(fù)使用，但對懸拼結(jié)構(gòu)仍持不宜采用的態(tài)度)。也即灌漿工藝對結(jié)構(gòu)的耐久性方面影響很大，應(yīng)予重視，特別是采用懸拼結(jié)構(gòu)時(shí)，對其接縫的防水處理尤應(yīng)注意。?
7 橋梁養(yǎng)護(hù)
我國長期以來一直存在著“養(yǎng)路不養(yǎng)橋”的現(xiàn)象，這既有實(shí)際問題(主要是資金問題)也有思想認(rèn) 識問題。?
橋面積水的排除、泄水管的疏通、橋面坑洞的修補(bǔ)等，對橋梁的使用壽命都是密切相關(guān)的事情，例如廣州市的海珠橋，在鋼梁弦桿中長期堆積圬垢垃圾，近期修復(fù)發(fā)現(xiàn)鋼梁腐蝕十分嚴(yán)重。
8 其他
耐久性方面的問題，絕不僅是以上幾個(gè)方面，如斜拉索的防腐問題、伸縮縫的防漏問題、支座的防塵問題等等不再贅說。?
9 結(jié)束語
“新建橋梁”、“舊橋維修加固”、“延長結(jié)構(gòu)物的使用壽命”等都應(yīng)同時(shí)加以重視。目前對新建較重視是必要的，但應(yīng)同時(shí)強(qiáng)調(diào)注意結(jié)構(gòu)的耐久性問題，從而達(dá)到延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，以使節(jié)省資金，減小舊橋維修加固的投資。而且，耐久性的問題應(yīng)貫穿到設(shè)計(jì)、施工、維修保養(yǎng)的整個(gè)過程中來考慮，如果一座橋梁先天不足，僅靠維修養(yǎng)護(hù)是很難延長其壽命的，但先天好，后天不養(yǎng)也是難以保證其應(yīng)有的使用壽命的。目前，正處在大規(guī)模建設(shè)新橋之際，如何在設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)中更多地考慮結(jié)構(gòu)耐久性問題，應(yīng)屬更為突出的問題。
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